Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung eines Hochleistungs-NOPOs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Venteon Laser Technologies GmbH, Research and Development durchgeführt. Im Verbund OPTIMUS soll die Problematik der Trinkwasser-Überwachung und Analyse durch eine auf Raman-Spektroskopie basierende Nachweis- und Überwachungsmethode gelöst werden. Hierzu muss eine neuartige Laserquelle (nicht-kollinearer optisch-parametrischer Oszillator, NOPO) erforscht werden. Dieser Hochleistungs-NOPO erlaubt durch die weite Durchstimmbarkeit die schnelle Aufnahme von Raman- oder CARS-Spektren und kann so sehr viele Informationen über die im Wasser gelösten Stoffe simultan liefern. Durch die hohe Leistung und schnelle Durchstimmbarkeit kann erstmals auch ein großes Volumen im Durchfluss untersucht werden, womit eine Dauerüberwachung möglich wird. Kernelement des Hochleistungs-NOPO wird dabei ein gegenüber Umwelteinflüssen stabiler Pumplaser sein (Faseroszillator und -verstärker), der genügend Pumpleistung bei 520 nm (größer als 8 W) zur Verfügung stellt, um eine hohe Ausgangsleistung von mehreren hundert Milliwatt aus dem durchstimmbaren NOPO im Bereich von 650 - 900 nm zu erhalten. Neben der Realisierung und der Leistungsskalierung einer robusten Pumpquelle, liegt vor allem in der Skalierung der Ausgangsleistung des NOPOs ein sehr hoher Forschungsaufwand. Innerhalb der ersten 3 Quartale wird ein Faserlaser realisiert, der ultrakurze Laserpulse für das Pumpen eines durchstimmbaren NOPOs erzeugt. In den folgenden drei Quartalen wird die Leistung des Oszillators in einem innovativen Faserverstärker auf ca. 20 W verstärkt. Anschließend werden die Pulse zeitlich komprimiert und frequenzverdoppelt. Nach der vollständigen Realisierung des Pumplasersystems wird innerhalb von drei Quartalen ein durchstimmbarer NOPO aufgebaut und die Möglichkeit zur Erzeugung von möglichst geringen Bandbreiten erforscht. Abschließend werden Systemtests und Applikationstest durchgeführt und das System weiter verbessert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Nichtkollinear optisch-parametrische Oszillatoren für die Raman-Spektroskopie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Quantenoptik durchgeführt. In den optischen Technologien für die Lebenswissenschaften sind kommerzielle Femtosekunden-Laseroszillatoren in großer Vielfalt im Einsatz. Ein innovatives Konzept zur Darstellung einer weit durchstimmbaren Femtosekunden-Quelle wurde 2012 am IQ demonstriert: Der nichtkollineare parametrische Oszillator (NOPO), der bezüglich der Durch stimmbandbreite den Ti:Saphir-Oszillator sogar übertrifft, der prinzipbedingt sowohl im NIR als auch im sichtbaren Spektralbereich (VIS) emittieren kann und der allein durch den Pumplaser in seiner Ausgangsleistung skalierbar ist. Vor allem aber ist er bezüglich der Durchstimm-Geschwindigkeit nahezu unlimitiert und setzt darin ganz neue Maßstäbe. Durch größere Pumpleistung werden Ausgangsleistungen im Watt-Bereich erzielt. Gezielt und schnell sollen die Raman-Übergänge von typischen Plastik-Materialien mit dem NOPO angefahren und auf diese Weise nachgewiesen werden. Die hohe Leistung erhöht die Empfindlichkeit und erlaubt das schnelle quantitative gleichzeitige Scannen auch großer Wassermengen. Der Lösungsansatz basiert auf der Ramanspektroskopie als Detektionsmethode für Mikroplastik. Das Erreichen der zugehörigen Spektralbereiche bei gleichzeitig schneller Durchstimmung und ausreichender Wellenlängenauflösung für die Selektion ist Inhalt der Arbeitspakete. Die spektroskopische Durchflussanalyse von Prozesswässern auf Mikroplastikkontamination erfordert breitbandige und schnell durchstimmbare Laserquellen hoher Ausgangsleistung. In den Arbeitspaketen des IQ soll dafür die Entwicklung von nichtkollinearen optisch-parametrischen Oszillatoren adressiert werden. Dabei werden zum einen unterschiedliche Konzepte zur Erzeugung der Strahlung im NIR, VIS und UV Bereich erforscht und zum anderen die Leistungsskalierung angestrebt. Den zweiten Schwerpunkt bildet die Integration der Strahlquelle in einen Aufbau zur Detektion von Mikroplastik mittels SRS.